Хлорид кальция: свойства и применение¶

Хлорид кальция — неорганическое бинарное соединение кальция и хлора с химической формулой CaCl₂. Представляет собой бесцветные кристаллы, хорошо растворимые в воде и обладающие сильной гигроскопичностью. Относится к классу средних солей (галогенидов щёлочноземельных металлов). В быту и промышленности вещество известно в виде технического продукта — белых или сероватых гранул, чешуек или порошка, часто содержащих примеси. Хлорид кальция широко применяется как антиобледенитель, осушитель, пищевая добавка и реагент в химической промышленности.

¶Физические и химические свойства

Безводный хлорид кальция — кристаллическое вещество с плотностью около 2,15 г/см³ и температурой плавления 772 °C, температурой кипения — свыше 1600 °C. Кристаллы образуют кубическую решётку. Соль хорошо растворяется в воде (при 20 °C — около 74 г на 100 г воды) с выделением значительного количества тепла, что обусловлено высокой энергией гидратации ионов. Растворимость заметно возрастает при нагревании. Хлорид кальция растворяется также в этаноле и ацетоне.

Из водных растворов кристаллизуются гидраты: CaCl₂·6H₂O (гексагидрат), CaCl₂·4H₂O, CaCl₂·2H₂O и CaCl₂·H₂O. Наиболее устойчив гексагидрат, известный как «хлористый кальций» в товарной форме. При нагревании гидраты последовательно теряют воду, а безводная соль плавится без разложения.

Химически соединение проявляет свойства типичной соли щёлочноземельного металла. В водном растворе диссоциирует на ионы Ca²⁺ и Cl⁻; раствор имеет нейтральную или слабощелочную реакцию. Хлорид кальция вступает в обменные реакции с солями, кислотами и основаниями, образуя малорастворимые соединения: например, с карбонатами — карбонат кальция, с фосфатами — фосфат кальция, с сульфатами — сульфат кальция. Взаимодействует с концентрированной серной кислотой с выделением хлороводорода. При электролизе расплава получают металлический кальций и хлор.

¶Получение

Основной промышленный способ получения — реакция нейтрализации соляной кислоты гидроксидом или карбонатом кальция:

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂↑

В качестве сырья используют известняк, мел, мрамор. Образующийся раствор упаривают и высушивают. Значительные количества хлорида кальция получают как побочный продукт в производстве соды по аммиачному способу (процесс Сольве), а также при переработке природных рассолов и минералов. Технический продукт часто загрязнён хлоридами магния, натрия и железа.

¶Применение

¶Противогололёдный реагент

Одно из крупнейших по объёму потребления направлений — использование в качестве антиобледенителя для дорог и тротуаров. Хлорид кальция понижает температуру замерзания воды и эффективен при более низких температурах, чем хлорид натрия (поваренная соль): растворы сохраняют работоспособность до −20…−30 °C в зависимости от концентрации. Реагент действует быстрее, чем техническая соль, однако вызывает коррозию металлов, негативно влияет на бетон и растительность, что ограничивает его применение и стимулирует поиск альтернатив.

¶Осушитель и влагопоглотитель

Благодаря высокой гигроскопичности безводный хлорид кальция применяется как осушитель газов, жидкостей и замкнутых объёмов. Его используют в эксикаторах, упаковках с влагопоглотителями, при осушке органических растворителей. Насыщенный раствор соли служит рабочей средой в абсорбционных холодильных установках.

¶Пищевая промышленность

В качестве пищевой добавки E509 хлорид кальция применяется как отвердитель, стабилизатор и уплотнитель. Его добавляют при производстве сыров для коагуляции молока, в консервированные овощи и фрукты для сохранения плотности тканей, в напитки и пиво для регулирования жёсткости воды. Соединение используется как источник кальция в продуктах питания и кормах.

¶Медицина и биология

В медицине растворы хлорида кальция применяют для восполнения дефицита кальция, при гипокальциемии, аллергических реакциях, а также как антидот при отравлении солями магния и фторидами. Вещество входит в состав растворов для инфузий. В лабораторной практике его используют для трансформации компетентных клеток (метод с хлоридом кальция) в молекулярной биологии.

¶Строительство и промышленность

Хлорид кальция ускоряет схватывание и твердение бетона, особенно при низких температурах, и применяется как добавка в строительные смеси. В нефтегазовой отрасли его используют в буровых растворах и для глушения скважин. Соль служит сырьём для получения металлического кальция, а также применяется в производстве красителей, стекла и как флюс при пайке и сварке.

¶Безопасность и воздействие

Хлорид кальция относится к умеренно опасным веществам. При попадании на кожу и слизистые оболочки вызывает раздражение, при проглатывании в больших количествах — нарушения пищеварения. Реакция растворения безводной соли сопровождается сильным разогревом, что может привести к ожогам. Пыль раздражает дыхательные пути. При работе с веществом используют средства индивидуальной защиты. Соединение негорюче и невзрывоопасно.

При попадании в окружающую среду в больших количествах хлорид кальция повышает жёсткость и минерализацию воды, угнетает почвенную микрофлору и повреждает растения вдоль дорог. Эти экологические аспекты учитываются при нормировании применения реагентов.

¶Распространение в природе

Хлорид кальция встречается в природе в составе минералов: тахигидрит (CaCl₂·2MgCl₂·12H₂O), антарктицит (CaCl₂·6H₂O), синовиит (CaCl₂·2H₂O). Он присутствует в морской воде, природных рассолах, подземных водах, а также в остаточных солевых отложениях. В небольших концентрациях обнаруживается в организмах животных и человека, участвуя в минеральном обмене.